58. Metallographie-Tagung 2024 - Materialographie
Vortrag
20.09.2024
Charakterisierung von Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften von additiv gefertigten TiAl6V4 unter Beimischung von Kohlenstoff
PS

Paul Seidel

Technische Universität Chemnitz

Seidel, P. (V)¹; Winkler, K.¹; Danzig, A.²; Kroll, L.¹; Undisz, A.¹
¹Technische Universität Chemnitz; ²Liebherr Aeorspace Lindenberg GmbH

Die additive Fertigung hat in den letzten Jahren in verschiedenen Bereichen und für zahlreiche Produkte an Bedeutung gewonnen und ist zu einer wichtigen Verarbeitungsmethode für die Herstellung verschiedener Materialien und Geometrien geworden. Insbesondere bei Ti-Legierungen bietet sich diese Technologie an, um die ebenso aufwendige Fertigung durch schmelzmetallurgische Verfahren abzulösen. Dies gelingt heutzutage besonders durch das selektive Laserschmelzen. Zusätzlich bieten die neuen Verfahren die Möglichkeit, aber auch die Gefahr, dass gewissen Mengen an zusätzlichen Elementen bzw. Verunreinigungen in den Werkstoff eingebaut werden. Daran knüpft die vorliegende Studie an. Es wurde Ti-6Al-4V-Pulvermaterial mit amorphem Kohlenstoff gemischt und anschließend beim selektiven Laserschmelzen aufgeschmolzen und bearbeitet, um den Einfluss auf den Herstellungsprozess und den Einfluss auf die Titanlegierung selbst zu klären. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt stiegen die Zugfestigkeit und die Härte an, wobei gleichzeitig die Bruchdehnung abnahm. Diese Sachverhalte wurden in Abhängigkeit von der zugesetzten Menge an Kohlenstoff quantifiziert. Aufgrund dieser Erkenntnisse waren weitere Untersuchungen mittels REM, TEM und XRD angezeigt, um mögliche Änderungen der Mikrostruktur zu erfassen. Die REM-Untersuchungen zeigten, dass in allen Fällen ein zweiphasiges Gefüge mit teilweise martensitischen Strukturen vorlag. Für die genauere Phasencharakterisierung wurde XRD eingesetzt und ergab, dass alle Gefüge die hexagonale Struktur von alpha-Ti und die kubische Struktur von beta-Ti enthalten. Weiterhin wurde gezeigt, dass sich mit steigendem Kohlenstoffgehalt die Phasenanteile nicht nennenswert verändern, jedoch das jeweilige Volumen der Einheitszellen zunimmt. Dies deute auf die interstitielle Einlagerung von Kohlenstoff in das Kristallgitter hin. Diese Annahme wird zusätzlich durch Ergebnisse von STEM-EDXS unterstützt. Es wird vorgeschlagen, dass die Veränderungen der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs mit der Veränderung des c/a Verhältnisses im Zusammenhang steht, da die Veränderungen der Einheitszelle mit der Entwicklung der mechanischen Kennwerte korreliert. In folgenden Untersuchungen ist geplant, die Verteilung der beiden Phasen und die Kornstruktur im Titanwerkstoff näher zu untersuchen und die Brücke zu weiteren technologischen Eigenschaften, wie der Verschleißfestigkeit oder der Ionenfreisetzung herzustellen.

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